阿克曼式电子差速PID智能车转向控制方法研究

周燕军 沈旭东

【摘 要】本文对智能小车的转向控制方法进行了研究，其前轮采用舵机进行转向控制，后轮使用电子差速控制转向，在阿克曼转向原理的基础上，分析了内外轮电子差速的计算方法，并使用增量式PID控制算法对内外轮差速进行稳定控制，也给出了电机PWM频率选择的方法和占空比电压补偿算法，实验测试证明，该方法简化了智能小车转向系统的设计，具有很好的稳定性和控制精度。

【关键词】阿克曼转向原理，差速PID控制，PWM频率选择，占空比电压补偿

中图分类号：TN957.51 文献标识码：A

1、智能车系统结构设计

智能车硬件部分主要有STM32F103微处理器控制模块，测速模块，CCD寻迹模块，电源模块，电机驱动模块及转向模块组成[1]，整体架构如图1-1所示。

智能车前轮采用舵机控制，左右两后轮采用直流减速电机驱动，前轮通过改变舵机的占空比实现不同角度的转向，后轮通过主控芯片产生PWM脉冲波形控制直流减速电机的转速，同时通过测速模块将实时转速脉冲信号反馈到主控制器中，主控器通过运算处理后，输出可变的PWM 脉冲占空比，从而实现电机实时差速控制。

2、阿克曼运动学分析

汽车在转弯时，后轮的内轮和外轮行驶的距离不同，行驶的时间却是一样的，因此后轮之间存在差速的问题，转弯的时候内侧的轮胎要比外侧的轮胎转速慢。传统汽车使用机械差速器完成差速，机械差速器的基本运动规律是：无论转弯还是直行，两侧驱动轮的转速之和始终等于差速器壳转速的2倍[2][3]。电子差速系统主控制模块数学模型基于阿克曼转向几何设计，电子差速系统又分为两个部分，可以根据车速和转弯角度计算两驱动轮（本文中为两后轮）的速度。

参考文献：

[1]王泽元.基于CMOS 图像传感器视觉系统的智能小车的设计实现[D].长春：吉林大学，2011.

[2]吴志红，朱文吉，朱元.电动车电子差速控制方法的研究[J].电力电子技术，2008（10）：64-66.

[3]孙明江，段敏，李刚.轮毂电机驱动电动汽车电子差速器仿真研究 [J].农业装备与车辆工程，2015.53（2）：19-24.

[4]肖文健，李永科.基于增量式 PID 控制算法的智能车设计[J].信息技术，2012（10）.

[5]刘玲玲.PID 参数整定技术的研究及应用[D].郑州：郑州大学，2010.

[6]Jittim Varagul，Toshio ITO.Simulation of Detecting Function object for AGV using Computer Vision with Neural Network，Procedia Computer Science，96（2016）159–168.

作者简介：

周燕军（1981-），女，浙江嘉興人，硕士，讲师，研究方向：从事自动化控制、单片机控制、电力电子应用技术等研究。

沈旭东（1984-），男，浙江湖州人，硕士，讲师，研究方向：单片机应用技术等研究。

（作者单位：1嘉兴南洋职业技术学院；

2嘉兴职业技术学院）